Den Herausforderungen einer sich wandelnden Erde stellen
GIZ-Vortrag über Wichtigkeit von Koordinatensystemen für Erdsystemforschung

Wie komme ich zum nächsten Restaurant? Wo befinde ich mich gerade? Schnell wird das Smartphone gezückt und in einem der Kartendienste live über GPS navigiert. Wir alle nutzen mittlerweile in unserem täglichen Leben Positionierungsdaten ohne groß darüber nachzudenken. Dabei ist diese Positionsbestimmung nur durch weltweit definierte und realisierte Koordinatensysteme möglich. Diese dienen aber nicht nur als Infrastruktur für unsere täglichen Navigationsbedürfnisse. Sie können auch dazu genutzt werden, sich den Herausforderungen unserer Zeit durch Klimawandel oder Erdbeben zu stellen. Hierbei ist man auf dem Sprung in eine neue Dimension der Genauigkeit. Wie sollte man schließlich einen Meeresspiegelanstieg von einem Millimeter mit Hilfe von Satellitendaten direkt messen, wenn man nicht alle auch Koordinatendaten auf in dieser Genauigkeit vorliegen Größenordnung genau hat? Über die dahinter stehenden Aufgaben referierte am vergangenen Donnerstag Prof. Florian Seitz,  Direktor des Deutschen Geodätischen Forschungsinstituts der Technischen Universität München in Wettzell im Rahmen des Themas "Plattentektonik, Erdbeben und Klimawandel: Wie bestimmt man ein stabiles Koordinatensystem auf einer sich ständig verändernden Erde?".

Koordinaten sind Hilfsmittel, um über ein zugrundeliegendes Koordinatensystem jeden Punkt eindeutig fest und unveränderlich zu bestimmen. Bei einem dreidimensionalen Objekt, wie der Erde braucht man dazu auch drei Werte. Im Alltag ist hierbei das geographische System mit Länge, Breite und Höhe für die meisten ein Begriff. Die Länge ist dabei der Winkel zwischen dem Nullmeridian durch Greenwich und der eigenen Position. Die Breite ist der Winkel zur Äquatorebene und die Höhe ist der Abstand zum Erdmittelpunkt. Dieses Alltagssystem kann eindeutig in ein rechtwinkliges Koordinatensystem Mmit X-, Y- und Z-Achse umgerechnet werden, so wie man es aus der Schule kennt. Dessen Ursprung liegt dabei im Erdmittelpunkt.

Durch die heutigen globalen Aufgaben der Navigation, Raumfahrt, Astronomie, Satellitennutzung oder Erdforschung ist es dabei entscheidend, dass ein solches Koordinatensystem einheitlich für die ganze Erde festgelegt ist. Ein solches System definiert das sogenannte Internationale Terrestrische Referenzsystem (ITRS). Darin ist festgelegt und legt dabei fest, dass dessen Ursprung im Massenzentrum der Erde liegt, dass als Maßstab eine metrische Angabe genutzt wird, dass die Z-Achse die mittlere Erdrotationsachse ist und die X-/Y-Achsen in der Äquatorebene liegen, wobei die X-Achse auf den Greenwich-Meridian zeigt. Dieses theoretische Konstrukt wird mittels des Internationalen Terrestrischen Referenzrahmens realisiert. Das bedeutet, dass ausgewählte Messpunkte auf der Erde fest vermarkt den Bezug zum Referenzsystem herstellen.

Solche fest vermarkten geodätischen Beobachtungsstationen bestehen aus GPS-Empfängern, DORIS-Stationen (ein französisches Dopplermessverfahren), Radioteleskopen oder Satellitenlaserentfernungsmessstationen.  Jede dieser Techniken hat ihre Vor- und Nachteile. So liefern die Radioteleskope die absolute Orientierung. Die Laserteleskope ermöglichen über die Satellitenbahn den Bezug auf das Massenzentrum. DORISI und globale Navigationssatellitendienste verdichten durch die genutzte einfache Technik die Messpunkte. Wenigen weltweiten Stationen kommt hier aber eine Sonderrolle zu. Observatoriuem, wie das in Wettzell, dienen als Fundamentalstation und damit als Kombinationspunkt, da sie an einem Ort über alle Techniken verfügen. Denn nur über die Kombination lassen sich die neuen Vorgaben erfüllen, die durch die International Association of Geodesy (IAG) so festgelegt wurden, dass Positionen mit einem Millimeter genau und deren Veränderungen mit 0,1 Millimeter pro Jahr bestimmbar werden. Nur dann lassen sich Effekte des Klimawandels anhand deswie z.B. der Meeresspiegelanstiegs direktin kurzer Zeit und mit der erforderlichen Genauigkeit messen. Aktuell liegt man um den Faktor fünf darüber. Zudem müssen durch geodynamische Effekte, wie Erdbeben, die Koordinatensysteme immer wieder an die neuen Situationen auf der Erde angepasst werden. So hat das Chileerdbeben im Jahr 2010 manche Punkte um bis zu 3 Meter verschoben und dazu geführt, dass diese nun auch in eine andere Richtung driften. Es gibt also zahlreiche HerausforderungenAnwendungen, für die genaue und stabile Koordinatensysteme Voraussetzung sind, und damit wir auch alle unsere täglichen Positionsdaten geliefert bekommen.